PCIe鏈路層里的ACK/NAK介紹

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讀cocotbext-pcie源碼，有部分牽涉到數(shù)據(jù)鏈路層。雖然自工作以來接觸到PCIe還是蠻多的，但一般往往專注在TLP層，對于數(shù)據(jù)鏈路層還是接觸的比較少的。PCIe Spec洋洋灑灑數(shù)千頁，也不會從頭到尾去通讀整個協(xié)議。對于cocotbext-pcie里面牽涉到的鏈路層的ACK/NAK，牽涉到的PCIe背景，聊做記錄。

本文僅結(jié)合PCIe Spce與cocotbext-pcie做記錄。

》ACK/NAK

與TCP協(xié)議般，PCIe協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路層采用滑動窗口ACK/NAK協(xié)議來保證數(shù)據(jù)傳輸。對于傳輸層下發(fā)的TLP報(bào)文，數(shù)據(jù)鏈路層會做一次封裝：

ACK/NAK報(bào)文格式定義如下：

關(guān)于滑動窗口機(jī)制，往上隨便搜下還是蠻多的，不做過多啰嗦。鏈路層的滑動窗口正是基于TLP Sequence Number。

TLP Sequence Number定義為12 bits。對于發(fā)送端而言，其會維護(hù)兩個變量：

NEXT_TRANSMIT_SEQ:用于存儲下一個待發(fā)送TLP報(bào)文所使用的TLP Sequence Number。初始化時(shí)賦值為0.

ACKD_SEQ: 記錄從ACK、NAK中返回的 Sequence Number。初始化時(shí)賦值為0xfff。對于發(fā)送端，規(guī)定：(NEXT_TRANSMIT_SEQ - ACKD_SEQ) mod 4096 >= 2048

若上面的條件滿足則停止從傳輸層接收TLP，等待該條件不再成立。

也就意味著在pending中的報(bào)文不超過2048(牽涉到報(bào)文重傳)。

那么由此發(fā)送端對于收到的ACK/NAK中協(xié)議牽涉到的處理流程Spec定義為：

由于發(fā)送端窗口中pending待確認(rèn)的報(bào)文不會超過2048，故若上面1式不成立，那么則意味著用到了尚未使用到的sequence，表示為錯誤的TLP報(bào)文，同樣單次增加的ACKD也不會超過2048，否則也應(yīng)標(biāo)為錯誤的TLP。

在式3中，如果條件不成立，則意味著可以窗口前移，可以從replay buffer中移出已發(fā)送成功的數(shù)據(jù)，設(shè)置ACKD_SEQ等變量。在cocotbext-pcie中關(guān)于dllp的處理也和spec保持一致：

而對于接收端，其定義了：

NEXT_RCV_SEQ：下一個待接收TLP的Sequence Number。

其處理流程為：

這里可以看到，僅當(dāng)收到的TLP報(bào)文的Sequence Number等于NEXT_REC_SEQ時(shí)，才會被接收。注意紅框中，若條件滿足則認(rèn)為是重復(fù)的報(bào)文，此時(shí)則應(yīng)發(fā)送ACK DLLP報(bào)文，否則認(rèn)為是錯誤的報(bào)文，則應(yīng)發(fā)送NAK。

來看cocotbext-pcie中的處理：

這里在563行取了<而非<=，或可有誤。當(dāng)收到的是期望的報(bào)文時(shí)(555行),則會更新next_recv_seq、清除nak_scheduled，拉起ack_latency_timer(不必每個TLP均發(fā)起一個ACK，但又要確保按照Spec中規(guī)定的間隔時(shí)間來發(fā)送ACK)。而如果收到的是一個重復(fù)的TLP(563行),此時(shí)將send_ack觸發(fā)條件拉起，表示要立即發(fā)送ACK，而同時(shí)關(guān)掉ack_latency_timer,避免超時(shí)條件觸發(fā)后多發(fā)ACK。否則(567行)將會發(fā)送NAK報(bào)文。

》One More Thing

關(guān)于接收端的ack_latency，協(xié)議中有詳細(xì)的規(guī)定，其與flow control定義有相似之處，放在后面結(jié)合cocotbext-pcie進(jìn)行梳理。




審核編輯：劉清